響應曲面法優化金花葵種子中黃酮的提取工藝△

王璐珊，吳士龍，王淼，李先哲，王達，吳兆華，高慧媛*

(1.沈陽藥科大學 教育部基于靶點的藥物設計與研究重點實驗室，遼寧 沈陽 110016；2.牡丹江醫學院 藥學院，黑龍江 牡丹江 157011)

響應曲面法優化金花葵種子中黃酮的提取工藝△

王璐珊1，吳士龍1，王淼2，李先哲1，王達1，吳兆華2，高慧媛1*

(1.沈陽藥科大學 教育部基于靶點的藥物設計與研究重點實驗室，遼寧 沈陽110016；2.牡丹江醫學院 藥學院，黑龍江 牡丹江157011)

目的：優化金花葵種子中黃酮的提取工藝。方法：在單因素試驗的基礎上，選取乙醇濃度、提取時間及料液比為自變量，采用響應曲面法研究各因素及其交互作用對金花葵種子中黃酮提取的影響。模擬得出了黃酮提取的回歸方程，確定黃酮提取的最佳條件。結果：優化得到的最佳工藝參數為乙醇濃度60%；提取溫度為80℃；提取時間為60min；液料比為1∶39；提取1次。結論：該提取工藝穩定、合理、預測性良好。

金花葵；黃酮；響應曲面；乙醇提取；紫外分光光度法

金花葵又名菜芙蓉，也稱野芙蓉，為一年生草本錦葵科秋葵屬植物。金花葵的花、葉、種子藥食兼用，營養及開發價值較高[1]。金花葵全株總黃酮含量較高，是其主要的生物活性物質[2-3]。現代醫學研究表明，該植物的總黃酮有抗炎鎮痛、改善心腦血管微循環及抗疲勞、治療口腔潰瘍、降脂等作用[4-5]。黃酮作為天然植物雌激素，對于人類的健康有重要作用，如在延長女性青春期、減輕或避免中老年更年期綜合征等方面有很大的功能，其藥用價值已被世界各國醫藥、食品行業廣泛重視[6]。金花葵種子除活性黃酮外，還有不飽和脂肪酸、維生素E、多種微量元素等。

1 儀器與材料

1.1儀器

AB135-S型電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)；HH-S型水浴鍋(鄭州長城科工貿有限公司)；UV-1700型紫外分光光度計[島津國際貿易(上海)有限公司]；R-1001N型旋轉蒸發儀(鄭州長城科工貿有限公司)。

1.2試藥

蘆丁對照品(自制，含量≥98%)；石油醚(天津市富宇精細化工有限公司)；乙醇(分析醇，天津市富宇精細化工有限公司)；超純水；氫氧化鈉、硝酸鋁(天津博迪化工股份有限公司)；亞硝酸鈉(天津市永大化學試劑有限公司)。

1.3材料

干燥的金花葵種子收于黑龍江省牡丹江市東寧縣金花葵種植園，由沈陽藥科大學袁久志副教授鑒定為金花葵(Ablemoschusmanihot)的種子，

2 方法

2.1檢測波長的選擇

供試品、對照品溶液采用亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法，對總黃酮進行含量測定，在400～900nm進行全波長掃描，在510nm處有最大吸收，見圖1。

注：A.供試品；B.對照品。圖1 供試品與對照品的紫外掃描圖

2.2供試品溶液的制備

精密稱取經粉碎、石油醚脫脂(脫脂兩次，每次3min)干燥的金花葵種子1.5g至圓底燒瓶中，按照試驗設計要求進行水浴回流提取，趁熱抽濾提取液，殘渣用60%乙醇洗滌兩次，合并濾液及洗滌液，減壓濃縮，提取物用60%乙醇溶解并定容至25mL容瓶中，搖勻，制成供試品溶液，備用。

2.3對照品溶液的制備

精密稱取蘆丁對照品6mg，置于25mL容量瓶中，用60%乙醇定容至刻度，搖勻，即得質量濃度為0.24mg·mL-1的蘆丁對照品溶液。

2.4標準曲線的制定

分別精密量取上述對照品2、3、5、10mL于25mL容量瓶中，加5%的亞硝酸鈉溶液1mL，搖勻，靜置5min后加10%硝酸鋁1mL，搖勻，靜置5min，加10%氫氧化鈉10mL，加60%乙醇稀釋到刻度，搖勻，靜置15min，以相應試劑為空白，在510nm處測定吸光度[7]。對吸光度值和標準品濃度進行分析，得線性回歸方程。

2.5重復性試驗

取同一金花葵種子樣品6份，按2.2項下方法制備，測定黃酮含量，樣品中黃酮的平均質量分數為4.1mg·g-1，RSD為1.1%，表明方法重復性良好。

2.6精密度試驗

取同一對照品溶液6份，按2.4項下方法測定吸光度，吸光度值分別為0.288、0.285、0.282、0.286 、0.283、0.287，RSD為0.94%，表明儀器精密度良好。

2.7加樣回收率試驗

分別精密稱取3份已知含量的種子0.7495、0.7504、0.7492g，分別加入蘆丁對照品2.5mg，按2.2項下方法制備供試液，按2.4項下方法測定吸光度，結果見表1。

表1 金花葵種子的加樣回收率試驗結果(n=3)

2.8單因素試驗

選擇液料比、提取時間、乙醇濃度、提取次數、提取溫度這5個因素作為黃酮提取工藝有影響的參數，進行單因素試驗。

2.8.1料液比對提取率的影響 在提取溫度為80℃、提取時間為60min、乙醇濃度為60%、提取次數為1次的條件下，考察料液比對金花葵種子中黃酮含量的影響，分別選取料液比為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶50進行提取。

2.8.2提取時間對提取率的影響 在提取溫度為80℃、料液比為1∶40、乙醇濃度為60%、提取次數為1次的條件下，為了考察提取時間對金花葵種子中黃酮含量的影響，分別選取提取時間40、60、90、100、120min進行提取。

2.8.3乙醇濃度對提取率的影響 在提取溫度為80℃、提取時間為60min、料液比為1∶40、提取次數為1次的條件下，考察乙醇濃度對金花葵種子中黃酮含量的影響，分別選取50%、60%、70%、80%的乙醇濃度進行提取。

2.8.4提取次數對提取率的影響 在提取溫度為80℃、提取時間為60min、料液比為1∶40的條件下，考察提取次數對金花葵種子中黃酮含量的影響。

2.8.5提取溫度對提取率的影響 在提取時間為60min、料液比為1∶40、乙醇濃度為60%、提取次數為1次的條件下，考察提取溫度對金花葵種子提取物中黃酮含量的影響，分別選取50、60、70、80、90℃進行提取。

2.9響應曲面法設計

在單因素試驗結果基礎上，采用軟件Design-Expert.8.05b，根據Box-Behnken中心組合設計原理設計自變量，以金花葵種子中總黃酮含量為響應值，通過響應曲面分析對金花葵種子中黃酮提取工藝進行優化[8-10]。

3 結果與分析

3.1標準曲線方程

以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標繪制標準曲線，得蘆丁的標準曲線回歸方程：Y=12.659X+0.0036(r=0.9993)。結果表明，蘆丁對照溶液濃度在0.019～0.096mg·mL-1線性關系良好。

3.2單因素試驗結果

3.2.1料液比對提取率的影響 隨著料液比的擴大，黃酮的含量不斷升高，當料液比從1∶20擴大至1∶40時，黃酮的含量增加趨勢顯著，之后增幅較小。這是由于料液比的增大可以增加物料與溶劑的接觸面積，使黃酮更充分的溶解出來，但當繼續增加料液比時，由于黃酮的含量逐漸達到平衡，此時黃酮含量增長緩慢。見圖2。

圖2 料液比對金花葵種子提取物中黃酮含量的影響

3.2.2提取時間對提取率的影響 隨著時間的增加黃酮的含量不斷升高，當時間為60min時黃酮的含量達到了最大值，隨著時間的繼續增加，黃酮的含量呈下降狀態。這表明目的產物浸出過程與時間密切相關，時間過短產物溶解不充分，但時間過長又會引起產物結構的變化進而使含量降低。見圖3。

圖3 提取時間對金花葵種子提取物中黃酮含量的影響

3.2.3乙醇濃度對提取率的影響 隨著乙醇濃度的增加黃酮的含量不斷升高，當濃度達到60%時，黃酮的含量達到了最高值，隨著乙醇濃度的繼續增加黃酮的含量又逐漸降低。推測原因可能是當溶質達到一定比例時，黃酮在乙醇中的溶解達到平衡，再增加溶質的量，就會增加雜質的溶出，使金花葵種子提取物中黃酮的含量下降。見圖4。

圖4 乙醇濃度對金花葵種子提取物中黃酮含量的影響

圖5 提取次數對金花葵種子提取物中黃酮含量的影響

3.2.4提取次數對提取率的影響 金花葵種子中總黃酮有效成分一次提取就已取得最大提取量，目標產物大部分被提出，第二、三次提取無太大意義。見圖5。3.2.5提取溫度對提取率的影響 隨著提取溫度的升高，黃酮的含量有增高趨勢，80℃時達到最大，隨著提取溫度的繼續升高，黃酮的含量呈緩慢下降狀態。推測原因是過高的溫度對黃酮會結構造成一定程度的破壞，故而以80℃為最佳提取溫度。見圖6。

圖6 提取溫度對金花葵種子提取物中黃酮含量的影響

3.3提取工藝的響應曲面優化

通過單因素試驗發現，上述5個參數對金花葵種子中黃酮提取效果均有不同程度的影響，但乙醇濃度、提取時間、料液比對黃酮提取效果影響較大，而提取溫度對黃酮提取效果影響較小。通過響應曲面法對影響黃酮提取效果較大的3個因素乙醇濃度、提取時間、料液比進行優化，以黃酮含量為響應值，設計了三因素三水平的試驗方案。

采用Box-BehnkenDesign(BBD)設計三因素三水平共17組試驗，以黃酮的含量(Y)為響應值，經回歸擬合后，各因素與響應值的回歸方程為：Y=0.41-0.032A-0.020B+0.015C+0.045A2+0.035B+0.015C2。試驗設計及結果見表2，方差分析見表3。

表2 提取工藝條件BBD方案設計及試驗結果

表3 方差分析結果

由方差分析可知，該回歸模型P<0.000 1，表明回歸方程模型極其顯著；失擬項P= 0.751 0>0.05，表明失擬不顯著，從而說明該模型能夠對金花葵種子中黃酮的提取進行準確地預測和分析。從回歸方程系數顯著性檢驗可知：一次項A(乙醇濃度)、B(提取時間)和C(料液比)極其顯著；二項式A2、B2和C2極其顯著；交互項BC具有一定的顯著性，AB和AC不顯著。說明不同的提取工藝對金花葵種子中黃酮提取量的影響不是簡單的線性關系。

根據所擬合的回歸方程，作相應曲面圖，考察所擬合的響應曲面形狀，分析乙醇濃度、料液比、提取時間對金花葵種子中黃酮含量的影響。見圖7～9。

圖7 提取時間與料液比的等高線圖和3D響應曲面圖

以上三組圖直觀地反應了各因素對響應值的交互影響，乙醇濃度和料液比的相互作用較顯著。等高線的形狀可反應出交互效應的強弱大小，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而圓形則相反。

采用Design-Expert.8.05b軟件的響應優化功能對試驗結果進行優化，得到最優條件：乙醇濃度為60.32%；提取時間為60.43 min；液料比為1∶39.50，預測金花葵種子中黃酮的質量分數為 5.5 mg·g-1。

圖8 乙醇濃度和提取時間的等高線圖和3D響應曲面圖

圖9 料液比與乙醇濃度的等高線圖和3D響應曲面圖

3.4最優工藝的優化

對響應曲面法所得到的最優條件進行驗證，檢驗得到的結果是否真實可靠，在最佳提取條件下分別提取了3次，結果見表4。

表4 最優條件的驗證

由表三可知，黃酮的平均質量分數為5.47 mg·g-1，與模型預測值5.5 mg·g-1偏差不大，吻合較好，說明該預測模型能夠可靠的預測黃酮的含量 。

4 討論

基于試驗設計軟件Design-Expert.8.05b，通過二次回歸設計得到了黃酮含量與乙醇濃度、料液比和提取時間關系的回歸模型，經檢驗證明該模型是合理可靠的，能夠較好地預測黃酮含量。利用模型的響應面及其等高線，對影響黃酮提取量的關鍵因素及其相互作用進行探討，得到最優工藝：乙醇濃度為60%；提取溫度為80℃；提取時間為60min；料液比為1∶39；提取次數為1次。在最優提取工藝的條件下，金花葵種子提取物中黃酮含量分別為5.5mg·g-1。因此，利用響應曲面分析方法對金花葵種子中黃酮提取工藝進行優化，可獲得最優的工藝參數，能有效減少工藝操作的盲目性，從而為進一步的試驗研究奠定基礎，為金花葵的開發利用提供依據。

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OptimizationofExtractionParametersofFlavonoidsfromAblemoschusmanihotUsingResponseSurfaceMethodology

WANGLushan1，WUShilong1，WANGMiao2，LIXianzhe1，WANGDa1，WUZhaohua2，GAOHuiyuan1*

(1.KeyLaboratoryofStructure-BasedDrugDesign&DiscoveryofMinistryofEducation，ShenyangPharmaceuticalUniversity，Shenyang110016，China；2.DepartmentofPharmacology，MudanjiangMedicalCollege，Mudanjiang157011，China)

Objective：To optimize the process of extracting flavonoids from the seeds ofAblemoschusmanihot.Methods：Ethanol concentration，extraction time and liquid ratio were selected as independent variables of response surface methodology to study the effects of various factors and their interactions on extraction of flavonoids from the seeds ofA.manihot.The extraction regression equation for flavonoids was obtained by simulation and the optimum extraction conditions of flavonoids were determined.Results：The optimal extraction parameters were as follows：ethanol concentration60%,extraction temperature80℃,extraction time60min，liquid ratio1∶39.Conclusion：The extraction technology is reliable，reasonable and highly predictive．

Ablemoschusmanihot;flavonoid;response surface;alcohol extracting;ultraviolet spectroscopy

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.7.023

2015-09-22)

沈陽藥科大學藥物化學學科建設研究資助計劃，校級優秀中青年教師資助計劃A類(2015013)

*

高慧媛，教授，博士生導師，研究方向：中藥、天然藥物活性成分研究；Tel：(024)23986481，E-mail：sypugaohy@163.com